《精编》电力系统远动技术概述

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1、微机保护装置的构成 1 模拟量输入部分2 数字量输入部分3 数字量输出部分4 计算机部分5 电源部分 模拟量输入部分 开关量 数字量 输入回路 1 装置面板上的接点 2 从装置外部经端子排引入装置的接点 开关量 数字量 输出回路 装置开关输出回路接线图 第三章电力系统远动技术 第一节信息传输基础信息传输的过程称为通信 所有通信都是将消息变成与之对应的信号来传递 现代通信主要是以电信号来传递的 通常寄托在电信号的某一参量上 按电信号的参量承载的信号类型可分为连续的 模拟信号 普通的电话机离散的 数字信号 电报 传递的数据 遥控指令等 第三章电力系统远动技术第一节信息传输基础点与点之间建立的通信系

2、统是通信的最基本形式 其如下框图所示 模拟通信和数字通信 1 模拟通信一般指的是信源发出的 信宿接收的和信道传输的等都是模拟信号的通信过程或方式 2 数字通信一般是指以数字信号的形式传输信号的系统 数字通信具有以下特点 1 抗干扰能力强 2 便于进行信号加工与处理 3 传输中出现的差错 误码 可以设法控制 提高了传输质量 4 数字信息易于加密且保密性强 5 能够传输话音 电视和数据等多种信息 增加了通信系统的灵活性和通用性 缺点 信号带宽增加 频带的利用率低模拟电话信号带宽为4KHZ数字电话信号带宽为20KHZ 60KHZ 数字通信传输方式串行传输 并行传输 点到点通信 点到多点通信和多点到多

3、点通信单工方式 半双工方式和双工方式 直通方式和交换方式 需交换机 同步通信和异步通信 信息传输速率与误码率通信系统的性能指标 有效性 速度 可靠性 质量 适应性 经济性及维护使用1 信息传输速率数字信号由码元组成 定义单位时间传输的码元数为码元速率Rs 单位为码元 s 又称波特 baud 简记为Bd 所以码元速率也称波特率 定义单位时间传输的信息量为信息速率Rb 单位为bit s 比特 秒 所以信息速率又称比特率 码元可以是二进制的 也可以是多进制的 进制不同的码元携带的信息量不同 一个二进制码元的信息量为1bit 一个M进制码元的信息量为log2Mbit 所以码元速率Rs和信息速率Rb之间

4、的关系为 如每秒钟传送2400个码元 则码元速率为2400baud 当采用二进制时 信息速率为2400bit s 若采用四进制时 信息速率为4800bit s 对于二进制 在数值上波特率和比特率是相等的 但其意义是不同的 2 误码率 异步传输和同步传输1 异步通信 2 同步通信接收端的时钟严格保持与发送端一致 同步通信时一个数据帧中包含有如下几个部分 同步码 数据码 校验码 第二节电力系统远动通信系统简介 远动系统的构成 厂站端远动装置 调度端远动装置和远动信道调度中心 主站 控制站 厂站 子站安装在主站和子站的远动装置分别称为前置机和远动终端装置RTU 二进制数字信号通信 数字信号的调制与解

5、调 二进制数字调制中 包括三种形式 幅度键控 ASK 频率键控 FSK 和相位键控 PSK s m c R 数字信号的调制 数字信号解调振幅键控非相干解调原理框图 振幅键控非相干解调过程各点波形图 2 频率键控 FSK 非相干解调 2 频率键控 FSK 非相干解调 相位键控相干解调原理 相位键控相干解调过程各点波形图 第三节信息传输差错控制原理差错控制方式前向纠错 FEC 检错重发 ARQ 和混合纠错 HEC 是常用的三种差错控制方式 几种常用的检错码有如下几种 1 奇偶监督码 2 二维奇偶监督码 3 重复码 4 恒比码 重复码 检错增加一位 即 11 表示开关闭合 00 表示开关断开 11

6、10 01 丢弃纠错再增加一位 即 111 表示开关闭合 000 表示开关断开 111 110 101 011 根据多数表决法的判断原则应为闭合 奇偶校验 在帧中每一个字末端附上一个奇或偶校验码 选择附加码是 1 或 0 的原则为 使得该字包括监督码元在内含有偶个 1 偶校验 或奇数个 1 奇校验 二维奇偶监督码 恒比码 从某确定码长的码组中挑选那些1和0的比例为恒定值的码组作为许用码 在检验时 只要计算接受码组中的1的数目是否正确 就可知道有无错误 现场总线通信方式现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表 使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力 采用可进行简单连接的双绞线等作为总线

7、 把多个测量控制仪表连接成的网络系统现场总线是应用在生产现场 在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统 也被称为开放式 数字化 多点通信的控制网络以现场总线为基础的现场控制层 其网段与工厂现场设备相连 是工厂信息网络集成系统的底层 是工厂底层网络 采用现场总线 实现了控制系统的综合管理和自律分散控制 现场仪表具有综合管理功能 系统控制功能的自律分散 系统控制功能的下移 现场总线通信方式 双向数字通信方式的特点一根双绞线可连接多台设备 从而减少导线数量 降低配线成本由于采用数字传输方式 可以实现高精度的信息处理 提高控制质量由于实现了多重通信 除了可以传送过程变量 控制变量外 还

8、传送大量的现场设备管理信息现场仪表之间可以通信 实现了现场仪表自律分散控制由于现场总线仪表具有互操作性 不同厂家的仪表可以自由组合 为用户提供了更为广泛的选择余地实现了测量仪表 电气仪表 分析仪表的综合化在控制室就可以对现场仪表进行调试 校验 诊断和维护 现场总线通信方式 目前几种有影响的现场总线有 基金会 LonWorks PROFIBUS CAN HART等现场总线基金会现场总线 以美国Fisher Rosemount ISP协议 公司为首 联合ABB 西门子等80多家公司和以Honeywell WorldFIP协议 公司为首 联合欧洲等地的150多家公司于1994年9月合并成立了现场总线

9、基金会 致力于开发出国际上统一的现场总线协议 它以ISO OSI开放系统互连模型为基础 取其物理层 数据链路层 应用层为FF通信模型的相应层次 并在应用层上增加了用户层LonWorks 由美国EchelonI公司推出并由它与摩托罗拉 东芝公司共同倡导 与1990年正式公布而形成 采用ISO OSI模型的全部七层通讯协议 采用了面向对象的设计方法 通过网络变量把通信设计简化为参数设置 其通信速率从300bps至1 5bps不等 直接通信距离可达2700m 支持双绞线 同轴电缆 光纤 射频 红外线 电力线等多种通信介质 它已被广泛的应用于楼宇自动化 家庭自动化 保安系统 办公设备 交通运输 工业过

10、程控制等行业 另外 在开发智能通信接口 智能传感器方面 LonWorks神经元芯片业具有独特的优势 PROFIBUS 是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准 由PROFIBUS DP PROFIBUS FMS PROFIBUS PA组成了PROFIBUS系列 DP型用于分散外设间的高速数据传输 适用于加工自动化领域的应用 FMS意为现场信息规范 适用于纺织 楼宇自动化 可编程控制器 低压开关等 PA用于过程自动化的总线类型 CAN 是控制局域网络的简称 最早由德国的BOSCH公司推出 用于汽车内部检测与执行部件之间的数据通信 其总线规范已被ISO国际标准组织制订为

11、国际标准 由于得到了Motorola Inter Philip NEC等公司的支持 他广泛应用于离散控制领域 HART被称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议 特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信 属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品 不同的现场总线 具有不同的体系结构 一般都分为不同的层次 每个层次具有不同的具体含义 如基金会现场总线定义了三个层次 1 物理层 2 通信层 3 用户层 局域网信息传输局域网 LocalAreaNetworks LAN 是把多台小型 微型计算机以及外围设备用通信线路互连起来 并按一定的网络通信协议实现通信的系统 局域网信息传输LAN的标准主要

12、由IEEE802委员会制定 并得到国际标准化组织ISO的采纳 相对于广域网 LAN的基本特征由下列三方面 覆盖的地理范围可以在一幢大楼或一个建筑群数据传输速率高 如10Mb s 100Mb s 1000Mb s的以太网已得到广泛的应用误码率很低 电力公司中应用LAN主要从办公自动化 OA 和工厂自动化 FA 两个方面展开 第四节电力系统远动装置功能与结构远动装置概述远动是电网调度自动化系统的重要组成部分 远动系统的主要任务是将厂站的实时运行信息送给调度控制中心 把调度的控制 调节等命令送给厂站执行 遥信 遥测 遥控和遥调是远动的基本功能 电网调度自动化的基本组成部分是数据采集和监控系统 即SC

13、ADA系统在其基础上配以自动发电控制 经济调度控制以及其他如安全监视 安全分析等功能构成能量管理系统 EnergyManagementSystem EMS 远动终端 RemoteTerminalUnit RTU 是电网监视和控制系统中安装在发电厂或变电站的一种远动装置 简称RTU 电网监控系统简图 远动装置的基本构成 远动装置的软件结构 RTU原理框图 第五节RTU 四遥 单元遥测量采集单元 模拟遥测量 数字遥测量 脉冲遥测量的采集 1 模拟遥测量 A D转换型 电压 频率转换型 2 数字遥测量的采集对于数字式仪表 如数字式水位计 数字式频率计等 经必要的电平匹配和隔离等以后 用三态门或并行口

14、直接取入数据 3 脉冲遥测量的采集 遥控量输出单元 通常以继电器触点方式提供 断路器控制回路对断路器控制回路的基本要求既可由控制开关进行手动跳 合闸 又可由继电保护和自动装置自动跳 合闸 断路器跳闸或合闸完成后 应能自动切断跳闸或合闸回路 防止因通电时间过长而烧坏线圈 应有指示断路器状态的位置信号 而且能够区分自动跳 合闸与手动跳 合闸的位置信号 应有防止断路器多次连续跳 合闸的跳跃闭锁装置 应有指示断路器控制回路完好性的监视信号 在满足以上基本要求的前提下 应力求简单 可靠 1 控制开关 控制开关又称为 万能转换开关 是电气工作人员对断路器进行分 合闸控制的操作元件 目前变电所多采用LW2型

15、控制开关 它共有六个位置 预备操作位置 预备合闸 和 预备跳闸 操作位置 合闸 和 跳闸 固定位置 合闸后 和 跳闸后 合闸操作顺序 预备合闸 合闸 合闸后 跳闸操作顺序 预跳备闸 跳闸 跳闸后 LW2型控制开关的触点图表 防跳回路作用 防止运行人员手动合闸断路器于故障线路上 断路器又被继电保护装置动作于跳闸后 断路器会出现多次连续跳 合闸的跳跃现象 KCF为防跳继电器 它有两个线圈 一个是电流启动线圈KCFI 接在跳闸回路中 另一个是电压保持线圈KCFU 通过本身的一个常开触点KCF1接入合闸回路 继电保护回路 断路器控制回路图 遥信量采集单元断路器 隔离开关的位置状态 传送继电保护 自动装

16、置的动作状态 以及系统 设备等运行状态信号 如厂站端事故总信号 发电机组开 停状态信号以及远动终端 通道设备的运行和故障等 带时限电流速断保护原理图 遥调量输出单元 RTU 四遥 单元设计原理 遥测量采集单元1 模拟遥测量 A D转换型 电压 频率转换型 2 数字遥测量的采集3 脉冲遥测量的采集遥信量采集单元遥控量输出单元遥调量输出单元 第六节电力系统远动通信规约 定义 收发两端需预先对数码传输速率 数据结构 同步方式等进行约定 两侧设备应符合并遵守这些约定 称为通信规约RTU与调度中心通信的特点距离远实时性强 用允许传送时间来表示 可靠性高 第六节电力系统远动通信规约远动规约主要有两种 循环式远动规约和问答式远动规约循环式远动规约 以厂站端RTU为主 不断循环向调度中心上报现场数据的远动数据传输规约 在厂站端与调度中心的远动通信中 RTU周而复始的按一定规则向调度中心传送各种信息 循环式远动规约的特点 数据格式在发送端与接受端事先预定好 按时间顺序连续循环发送 允许多个从站和多个主站间数据传送 但必须采用全双工方式 且只能采用点对点方式连接 重要数据发送周期短 实时性强 一般数据发送